JP7256211B2 - レーダセンサシステム - Google Patents

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Description

本発明は、レーダセンサシステムに関する。さらに本発明は、レーダセンサシステムを製造する方法に関する。本発明は、レーダセンサシステムを動作させる方法にも関する。本発明は、コンピュータプログラム製品にも関する。
高レベルの運転者支援機能または自動運転機能を有する車両には、ますます多くのレーダセンサが設置されている。レーダセンサの数が多いことにより、個々のレーダセンサに対して自動運転または半自動運転機能が高性能であることが求められる。この分野におけるこれまでの解決策は、レーダセンサが受信したレーダ波の広範なデータ処理をセンサ内で実行することである。これにより、レーダセンサは、物体または位置測定のレベルでのデータを、車両によるさらなる評価のために供給することができる。このようにして、車両に伝送されるデータ量を低減することができるが、それぞれのレーダセンサは、より高い計算能力およびより大きいメモリを有している必要がある。
しかし、特に駐車機能は波伝播の特性の影響を受け、例えば、壁は強く反射し、したがって、例えば、反射の弱い支柱などの物体がマスクされてしまう。
超音波に関連したバイスタティック評価が知られている。この場合、音響信号と電気信号との伝搬時間差が評価される。
ドイツ特許出願公開第１０２０１４２１２２８０号明細書は、レーダターゲットの相対速度を決定する方法を開示しており、これでは送信信号を用いてＦＭＣＷレーダ測定を実行し、その送信信号は、時間的にインターリーブされたシーケンスを含む変調パターンを有する（ＪＳＦＭＣＷ変調方式）。
ドイツ特許出願公開第１０２０１４２１２２８４号明細書は、ＭＩＭＯ－ＦＭＣＷレーダセンサと、レーダターゲットを位置特定するためのＭＩＭＯ時分割多重方法とを開示しており、これでは、送信信号を用いてＦＭＣＷレーダ測定を実行し、その送信信号の変調パターンは、送信に使用するアンテナ素子の選択により異なる様々な送信切換状態のために、時間的に相互にインターリーブされたランプのシーケンスを含む。
本発明の基礎をなす課題は、物体分類の改善を支援する改善したレーダセンサシステムを提供することである。
この課題は、独立請求項のそれぞれの主題によって解決する。本発明の有利な構成は、それぞれ従属請求項の主題である。
第１の態様によれば、この課題は、レーダセンサシステムであって、
少なくとも２つのレーダセンサ（１０、２０）を備え、該レーダセンサのそれぞれが、少なくとも１つの送信器と少なくとも１つの受信器とを有し、２つのレーダセンサの検出領域が少なくとも部分的に重なり合い、２つのレーダセンサが所定の間隔をおいて配置され、他のレーダセンサによって送信され物体によって反射されたレーダセンサの放射を、評価装置によって評価することができるように、２つのレーダセンサの送信信号が同期させることができる、レーダセンサシステムによって解決する。
このようにして、本提案のレーダセンサシステムを用いて、物体の分類を改善することができる。本提案のレーダセンサシステムは、近距離領域における用途、例えば自動車における駐車用途に特に有用である。この場合、物体を第１の方向から照射し、評価および分類する信号を他の方向から受信するという事を利用する。
第２の態様によれば、この課題は、レーダセンサシステムを製造する方法であって、
少なくとも２つのレーダセンサを設けるステップを含み、２つのレーダセンサの検出領域が少なくとも部分的に重なり合い、２つのセンサが所定の間隔をおいて配置されるステップと、他のレーダセンサによって送信され物体によって反射されたレーダセンサの放射を、評価装置によって評価することができるように、２つのレーダセンサの送信信号を同期させることができる方法によって解決する。
第３の態様によれば、この課題は、レーダセンサシステムを動作させる方法にであって、
少なくとも２つのレーダセンサのレーダ信号を同時に送信するステップであって、２つのレーダセンサの検出領域が少なくとも部分的に重なり合い、２つのレーダセンサが所定の間隔をおいて配置されている、ステップを含み、
それぞれの他のレーダセンサによって送信され物体によって反射されたレーダセンサの放射を、評価装置によって評価することができるように２つのレーダセンサの送信信号を同期させる方法によって解決する。
レーダセンサシステムの好ましい実施形態は、少なくとも２つのレーダセンサが実質的に同時に送信し、実質的に同じ周波数で送信し、実質的に同じ変調パラメータを有すること、を特徴とする。このようにして、送信信号の良好な同期を支援し、これにより、正確なバイスタティック評価を可能にする。
レーダセンサシステムの別の好ましい実施形態は、少なくとも２つのレーダセンサによって、実質的に同じ変調パラメータを有するＦＭＣＷランプを送信することができること、を特徴とする。このことも、レーダセンサの送信信号の良好な同期を支援する。
レーダセンサシステムの別の好ましい実施形態は、レーダセンサの送信器が交互に送信し、同時に送信しないレーダセンサの受信器が受信することにより、２つのレーダセンサ間の周波数オフセットが決定可能であり、補正可能であること、を特徴とする。有利にはこのようにして、レーダセンサを送信器および受信器としてそれぞれ交互に動作させることにより、２つのレーダセンサ間の周波数オフセットを補正することができる。
レーダセンサシステムの別の好ましい実施形態は、１つの目標物体の場合に２つの未知数のために２つのベースバンド周波数を測定し、Ｎ個の目標物体の場合にＮ＋１個の未知数のために２Ｎ個のベースバンド周波数を測定することによって、２つのレーダセンサ間の周波数オフセットが決定可能および補正可能であること、を特徴とする。有利にはこのようにして、目標の数が多ければ多いほどレーダセンサ間の周波数オフセットをより正確に決定することができる。
レーダセンサシステムの別の好ましい実施形態は、ＦＭＣＷランプを同期させるために、２つのレーダセンサ間の周波数オフセットが決定可能および補正可能であること、を特徴とする。このことは、レーダセンサの送信信号の同期のさらなる最適化を支援する。
レーダセンサシステムの別の好ましい実施形態は、時間的に互いにインターリーブさせたＦＭＣＷランプを２つのレーダセンサによって送信することができること、を特徴とする。これにより、ＪＳＦＭＣＷ変調方式のための方法の適用に関し、良好な適用状態を提供する。
レーダセンサシステムの別の好ましい実施形態は、評価装置によって、物体のバイスタティックおよびモノスタティックなレーダ断面積が決定可能であること、を特徴とする。このようにして、入射角および出射角に応じて、良好な物体認識および分類を行うことができる。
レーダセンサシステムの別の好ましい実施形態は、レーダセンサの送信信号を同期させるために、送信信号の信号出力を所定の方式で考慮可能であること、を特徴とする。このようにして、レーダセンサの送信信号の同期を有利に最適化することができる。
以下に、著しく簡略化した概略図に基づいて本発明の好ましい例示的な実施形態を詳細に説明する。
提案するレーダセンサシステムを示す概略図である。 レーダセンサシステムを製造する方法を示す概略図である。
以下において、「バイスタティック評価」とは、送信器および受信器を含むシステムの信号を評価し、それら送信器および受信器は同じ位置に配置されているのではなく、互いに間隔を置いて配置されていることである、と理解されたい。
図１は、提案するレーダセンサシステム１００の概略図を示す。第１のレーダセンサ１０およびこの第１レーダセンサ１０から離間した第２のレーダセンサ２０を評価装置３０に機能的に接続していることを見ることができる。このようにして、レーダセンサ１０、２０の組み合わせを提案し、一方のレーダセンサ１０、２０は、それぞれ他方のレーダセンサ１０、２０が放出し物体２００によって反射されたレーダ波を評価することができる。図１には、第２レーダセンサ２０が放出した送信信号が物体２００で反射され、この反射信号を第１レーダセンサ１０が受信することを示している。２つのレーダセンサ１０、２０の数は一例に過ぎず、レーダセンサシステム１００は、３つ以上のレーダセンサ１０、２０を含むこともできる。
別のレーダセンサによって放出される放射の上記の評価により、物体２００のモノスタティックおよびバイスタティックな後方散乱断面（レーダ断面、ＲＣＳ）の両方を決定することが可能になり、このような評価は、物体２００の反射率の基準となり、したがって、特に自動車における駐車用途のために物体をより良好に認識／検出および分類することを可能にする。物体２００が近接していることにより、レーダセンサ１０、２０に対する大きい角度差を生じさせることができる。
このことはバイスタティック評価を実行することによって可能であり、バイスタティック評価は、本提案のアプローチによって、著しい追加費用なく有利に可能である。
バイスタティック評価を可能にするために、送信器および受信器を有する２つ以上のレーダセンサ１０、２０が必要であり、視野もしくは検出領域は、少なくとも部分的に重なり合っている必要がある。さらに、レーダセンサシステム１００のレーダセンサ１０、２０は、受信器が別の「外部送信器」の波を有意義に評価することができるように、ある程度まで同期させる必要がある。
この同期は、実質的に、レーダセンサ１０、２０の基準発振器（図示せず）の同期に基づく。それぞれのレーダセンサ１０、２０は水晶発振器を有し、通信インターフェース（例えばイーサネット（登録商標）、図示せず）を介して、基準周波数からのずれを、タイムスタンプを使用して定期的に決定する。イーサネット（登録商標）は、対応する規格、ＰＴＰ（Precision Time Protocol）があり、この規格は、ハードウェアサポートを用いて、１０ｎｓのレンジの時間同期を可能にするという利点を有する。
このようにして、レーダセンサ１０、２０の受信を他のレーダセンサ１０、２０の送信と時間的に同期させることが可能であり、これにより、他方のレーダセンサ１０、２０の送信信号も受信される。例えば、送信信号としてＦＭＣＷランプを使用する場合、５０ｋＨｚの周波数オフセットは、５ＭＨｚ／μｓの勾配をもたらし、これは、一般に十分に約５ＭＨｚのベースバンド内である。この周波数オフセットは、距離誤差をもたらす周波数誤差を表し、したがって、周波数誤差をできるだけ低く抑えることが求められる。
２つのレーダセンサ１０、２０の送信信号を同期させることにより、それぞれ局部的に発生する発振器周波数の中心周波数と勾配とを同期させることができる。１ｐｐｍの精度を達成する場合、これは、結果として約７６ｋＨｚの周波数オフセットを意味する。全体として、周波数オフセットは依然として十分にベースバンド帯域幅内にあり、これにより同期のための主な要件が満たされ、その誤差は、バイスタティック信号が評価レンジを離れないように十分に小さい。距離推定を最適化するために、同期誤差をできるだけ低く抑えることが求められる。
この目的で、発生するこの周波数オフセットは距離推定値を歪曲する場合があるので、補正する必要がある。ベースバンド周波数ｆｂｂには、
Figure 0007256211000001
 が適用され、
ｔ・・・信号通過時間
ＴＴＸ-ＲＸ・・・送信器と受信器との間の時間オフセット（送信器が受信器の前に開始した場合は正）
Figure 0007256211000002
 ｄＴＸ，ＲＸ．．．送信器から受信器への総距離
ｃ・・・ 伝播速度
Figure 0007256211000003
 ｓ・・・ＦＭＣＷランプのランプ勾配
ｆｓ・・・開始周波数
ｔ・・・時間
挿入すると、
Figure 0007256211000004
 となり、
Δｆ・・・周波数オフセット
ｆｓ，ＴＸ－ｆｓ，ＲＸ・・・開始周波数の差
である。
受信したベースバンド周波数は、発振器周波数のオフセットおよび時間誤差にも依存する。
したがって、式（１）～（４）は、ベースバンド周波数ｆｂｂがランプ信号および通過時間に依存し、周波数オフセットΔｆも考慮する必要があることを明示する。
周波数オフセットΔｆの形のこの誤差は、送信器と受信器を取り替えることによって補正し、すなわち、送信器は、第１のレーダセンサ１０および第２のレーダセンサ２０に交互に割り当て、これにより、２つのレーダセンサ１０、２０は交互に送信器として機能する。この送信器と受信器の取り替えは、自身のレーダセンサの送信器だけでなく、他のレーダセンサの送信器も、時分割多重におけるインターリービングにおいてランプを占有する、上述の周知のＪＳＦＭＣＷ変調方式と容易に組み合わせることができる。
２つのレーダセンサ１０、２０を有するレーダセンサシステム１００のシナリオでは、上記の一般式（４）を以下のように変更する必要がある。
Figure 0007256211000005
 ｆｂｂ，１２・・・ベースバンド周波数：センサ１が送信し、センサ２が受信する
ｆｂｂ２，１・・・ベースバンド周波数：センサ２が送信し、センサ１が受信する
ｆｓ，１・・・開始周波数 センサ１
ｆｓ，２・・・開始周波数 センサ２
この場合、対称性に基づいて、
Figure 0007256211000006
 となり、
Ｔ２－１・・・センサ２とセンサ１との間の時間オフセットであり、センサ２は送信する。
したがって、バイスタティック評価では、すべてのベースバンド周波数はオフセットの分だけシフトされ、そのオフセットの符号は、波伝搬を反転させた場合、すなわち送信器と受信器を取り替えた場合に反転する。
したがって、目標物体２００の場合、２つの未知数のために２つのベースバンド周波数を測定し、Ｎ個の目標の場合、これらは、Ｎ＋１個の未知数のために２Ｎ個のベースバンド周波数を測定する。すなわち、真の周波数を１回測定し、周波数オフセットまたは誤差を１回測定する。目標物体が多い場合には、ベースバンド周波数の数は対応して増加するが、未知数の数は、同じ程度には増加しないことが有利である。
この数学的問題は、原理上解くことができ、シフトに基づいて解くためには一種の相関または最小二乗法が好ましい。
この数学的問題を解くための計算コストを最適化するために、送信信号の信号出力を含めること、および、例えば、オフセットを少なくとも大まかに決定するために、高いもしくは類似の出力を有する信号のみを使用することが可能である。
上述の同期手段によって、受信器が別の送信器から信号を受信することができ、これによりバイスタティック評価が可能になる。
レーダセンサは、有利には、短い時間間隔をおいて交互に動作させる。なぜならば、これにより、変化し得る周波数オフセットの形の同期誤差が補正されるからである。このことは、例えば、１つのレーダセンサが他のレーダセンサとはわずかに異なって加熱されること、および／またはレーダセンサが異なるドリフトを示すことにより起こり得る。さらに、このようにして、変化する走行状況を考慮することができ、これにより、バイスタティック評価においてそれらレーダセンサの測定値が互いに関連性を有することを支援する。
本提案のバイスタティック評価により、本提案の方法なしでは認識できない物体を認識することが可能である。さらに、本提案のバイスタティック評価によって、検出した物体の分類を改善することができる。
２つのセンサの独立した２つの発振器では相関しておらず、したがって、高い雑音レベルを引き起こす可能性がある位相雑音によって、本提案のアプローチは制限されている。したがって、バイスタティック評価のためには、位相雑音の少ない技術が利用できない場合には、実用として近距離領域（例えば、駐車用途）における用途が考えられる。
付加的に基準周波数を、通信インターフェースを介して（またはＥＭＣ遮蔽により車両バスを介して別々に）送り、これにより局部発振器および局部発振器のＰＬＬがコヒーレント基準を使用し、これにより位相雑音がＰＬＬループ帯域幅内で少なくともいくらか相関し、したがって、バイスタティック評価における位相雑音を、定めた周波数範囲について少なくともわずかに抑制することができる場合には、改善をもたらすことができる。
レーダセンサシステム２００は、例えば、ＦＭＣＷレーダ、例えば、ＦＭＣＷチャープシーケンスレーダとして構成することができるが、他の変調方式で動作させることもできる。
本提案のレーダセンサシステム１００は、有利には、レーダセンサ全体だけでなく、レーダセンサヘッドによっても実施することができ、その場合、中央制御ユニットを、それらレーダセンサヘッドの信号を処理するために設ける。
本提案の概念は、例えば、車両の５つのレーダセンサによっても可能である。それらレーダセンサは、車両の前方左、前方右、前方中央、ならびに後方左および後方右に配置されている。前方の３つのレーダセンサは、部分的に重なり合う視野領域を有する。必要に応じて、本提案の方法を最適化するために、これらレーダセンサを、さらに別の衛星センサによって補うことができる。
レーダセンサシステム１００を動作させるための本提案方法は、有利には、レーダセンサシステム１００で動作させるソフトウェアとして構成してもよい。このようにして、本方法の容易な適合性を有利に支援することができる。
図２は、レーダセンサシステム１００を製造する方法の基本的なフロー図を示す。
ステップ３００において、少なくとも２つのレーダセンサ１０、２０を設け、これら２つのレーダセンサ１０、２０の検出領域が少なくとも部分的に重なり合い、２つのレーダセンサ１０、２０は所定の間隔をおいて配置し、そしてそれぞれの他方のレーダセンサ１０、２０によって放出物体２００によって反射されたレーダセンサ１０、２０の放射を評価装置３０によって評価することができるように、２つのレーダセンサ１０、２０の送信信号を同期させることができる。
要約すると、本提案のレーダセンサシステムは、センサ内の発振器を同期させるためのわずかな工夫でバイスタティック評価を可能にする。これにより、バイスタティック評価を安価に行うことができる。例えば、レーダセンサシステムの本提案のバイスタティック評価モードを、アプリケーション特有の方法で起動することが可能である。

Claims (5)

  1. レーダセンサシステム（１００）であって、
    少なくとも第一のレーダセンサ（１０）と第二のレーダセンサ（２０）を備え、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の検出範囲が少なくとも部分的に重なり合い、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）が所定の間隔をおいて配置され、
    前記第一のレーダセンサ（１０）によって送信され物体（２００）によって反射された前記第一のレーダセンサ（１０）の放射を前記第二のレーダセンサ（２０）で受信し、また、前記第二のレーダセンサ（２０）によって送信され物体（２００）によって反射された前記第二のレーダセンサ（２０）の放射を前記第一のレーダセンサ（１０）で受信し、評価装置（３０）によって評価することができるように、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の送信信号を同期させることができる、レーダセンサシステム（１００）において、
    レーダセンサシステム（１００）の動作中は、
    前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）に一つの送信機が交互に割り当てられ、
    前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の送信信号の同期は、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の基準発振器を同期することによって実現され、
    前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の送信信号の同期によって、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の基準発振器の周波数と勾配とを、タイムスタンプを用いて定期的に同期させる、
    ことを特徴とするレーダセンサシステム（１００）。
  2. 請求項１に記載のレーダセンサシステム（１００）において、
    前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）が交互に送信し、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）のうち一方のレーダセンサからの送信信号を、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）のうち同時に送信しない他方のレーダセンサが受信することによって、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の送信信号間の周波数オフセット（Δｆ）が決定可能および補正可能である、レーダセンサシステム（１００）。
  3. 請求項１又は２に記載のレーダセンサシステム（１００）において、
    前記評価装置（３０）によって、前記物体（２００）のバイスタティックおよびモノスタティックなレーダ断面積が決定可能である、レーダセンサシステム（１００）。
  4. 請求項１～３までのいずれか一項に記載のレーダセンサシステム（１００）において、
    前記レーダセンサ（１０、２０）の送信信号を同期させるために、前記送信信号の信号出力を所定の方式で考慮可能である、レーダセンサシステム（１００）。
  5. レーダセンサシステム（１００）を動作させる方法であって、
    少なくとも第一のレーダセンサ（１０）と第二のレーダセンサ（２０）のレーダ信号を同時に送信するステップであって、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の検出範囲を少なくとも部分的に重なり合うようにし、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）を所定の間隔をおいて配置する、ステップを含み、
    前記第一のレーダセンサ（１０）によって送信され物体（２００）によって反射された前記第一のレーダセンサ（１０）の放射を前記第二のレーダセンサ（２０）で受信し、また、前記第二のレーダセンサ（２０）によって送信され物体（２００）によって反射された前記第二のレーダセンサ（２０）の放射を前記第一のレーダセンサ（１０）で受信し、評価装置（３０）によって評価することができるように、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の送信信号を同期させる、方法において、
    レーダセンサシステム（１００）の動作中は、
    前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）に一つの送信機が交互に割り当てられ、
    前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の送信信号の同期は、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の基準発振器を同期することによって実現され、
    前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の同期によって、前記第一のレーダセンサ（１０）と前記第二のレーダセンサ（２０）の基準発振器の周波数と勾配とを、タイムスタンプを用いて定期的に同期させる、
    ことを特徴とする、レーダセンサシステム（１００）を動作させる方法。
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